[论文解读] Temperature and Spatial Dependence of the Superconducting and Pseudogap of NdFeAsO0.86F0.14

Minghu Pan, Xuexia He+8 more|ArXiv.org|Aug 6, 2008

Iron-based superconductors research参考文献 10被引用 3

一句话总结

本研究利用空间分辨扫描隧道显微镜/谱学（STM/STS）技术，研究了铁基超导体NdFeAsO0.86F0.14（Tc = 48 K）中的超导态与赝能隙态。研究发现存在两个不同的超导能隙——18 meV 和 9 meV，分别存在于不同的空间区域，其中仅较小的能隙表现出BCS类行为；在Tc以上，赝能隙在略高于Tc处突然打开，并在120 K时关闭，表明其存在与铜氧化物超导体不同的竞争序参量。

ABSTRACT

The discovery of superconductivity with a critical temperature exceeding 55 K in the iron-oxypnictides and related compounds has quite suddenly given the community a new set of materials - breaking the tyranny of copper. This new class of materials raises fundamental questions related to the origin of the electron pairing in the superconducting state and to the similarity to superconductivity in the cuprates. Here, we report spatially resolved measurements using scanning tunneling microscopy/spectroscopy (STM/STS) of the newly discovered iron-based layered superconductor NdFeAsO0.86F0.14 (Tc = 48 K) as a function of temperature. The tunneling spectra at 17 K show a suppression of spectral intensity within +/- 10 meV, indicative of the opening of the superconducting gap (SG). Below Tc, the sample exhibits two characteristic gaps - a large one (18 meV) and a small one (9 meV) - existing in different spatial locations. Both gaps are closed above Tc at the bulk Tc, but only the small gap can be fitted with a superconducting gap function. This gap displays a BCS - like order parameter. Above Tc, at the same location where the small gap was observed, a pseudogap (PG) opens abruptly at a temperature just above Tc and closes at 120 K. In contrast to the cuprates, the SG and PG have competing order parameters.

研究动机与目标

• 研究铁基超导体NdFeAsO0.86F0.14中超导态与赝能隙态的空间依赖性和温度依赖性。
• 确定观测到的能隙是否表现出BCS类行为，或偏离常规超导性。
• 阐明超导能隙与赝能隙之间的关系，特别是它们是否共存或竞争。
• 比较铁基超导体中赝能隙的行为与铜氧化物超导体的异同，尤其关注其开启温度和序参量对称性。

提出的方法

• 采用扫描隧道显微镜/谱学（STM/STS）技术，在NdFeAsO0.86F0.14表面获取空间分辨的隧道谱。
• 在不同温度下进行测量，包括低于和高于体相临界温度Tc = 48 K的温度。
• 谱学分析聚焦于局域态密度中识别超导能隙（SG）和赝能隙（PG）特征。
• 利用BCS类超导能隙函数对数据进行拟合，以评估序参量的性质。
• 通过空间映射，将不同能隙值的存在与表面特定原子尺度区域相关联。
• 分析能隙随温度的演化，以确定赝能隙的开启温度和关闭温度。

实验结果

研究问题

• RQ1 在NdFeAsO0.86F0.14中，多个超导能隙是否共存？若共存，它们是否在空间上分离？
• RQ2 较小的超导能隙（9 meV）是否表现出BCS类行为？其与较大能隙相比有何差异？
• RQ3 赝能隙在Tc以上于何温度开启？其关闭温度是否与一个独立的能量尺度一致？
• RQ4 在该铁基超导体中，赝能隙是否与超导态竞争，而非作为其前驱态？
• RQ5 NdFeAsO0.86F0.14中赝能隙的行为与铜氧化物超导体中的行为有何异同？

主要发现

• 在17 K时，隧道谱显示在±10 meV范围内谱强度被抑制，表明打开了超导能隙。
• 观测到两个不同的超导能隙：一个为18 meV的大能隙，另一个为9 meV的小能隙，二者存在于表面的不同空间位置。
• 9 meV能隙表现出BCS类行为，且能被超导能隙函数良好描述，而18 meV能隙则不符合该模型。
• 在Tc以上，赝能隙在略高于Tc的温度处突然打开，并在120 K时关闭，表明赝能隙态具有独立的能量尺度。
• 发现赝能隙与超导能隙具有竞争性序参量，这与铜氧化物超导体中观察到的行为形成对比。
• 能隙的空间非均匀性表明该铁基超导体中存在强烈的电子相分离或局域电子配对对称性的变化。